JP4357412B2 - 反射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を所望の方向に反射する反射装置に関する。

従来より、プロジェクタのライトバルブとしては、液晶パネルが多く用いられてきた。

近年では、微小な鏡面素子（マイクロミラー）を画素に対応させて平面上に並べ、マイクロマシニング技術を用いて、それぞれの鏡面の角度を機械的に制御することによって画像を表示するＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）が実用化されている。

このようなＤＭＤは、液晶パネルより応答速度が速く、明るい画像が得られるという利点を有するため、小型かつ高輝度および高画質のプロジェクタを実現するのに適している。

このようなプロジェクタでは、ＤＭＤのマイクロミラーが光の反射方向を繰り返し変化させることにより、画像が投影されるか否かが制御されている。

一方、例えば、レーザプリンタにマイクロミラーを用いる場合には、マイクロミラーにより光源からの光を走査させる必要がある。すなわち、マイクロミラーを用いて感光ドラム上に光源からの光を走査させることにより、感光ドラム上の感光体が露光され、感光ドラムに画像が形成される。

上記レーザプリンタで用いているように、光源からの光をマイクロミラーを用いて走査させる方式は、現在、例えばテレビ、車載用ヘッドアップディスプレイおよび車載用レーザレーダ等に応用され、各種方面で研究開発が進められつつある。

マイクロミラーを用いて光源からの光を走査させる場合、光の反射面となるマイクロミラーを傾斜させる。この場合、マイクロミラーを駆動する駆動手段およびチルト角（マイクロミラーの傾斜角）を検出する検出手段が必要となる。検出手段により検出されたチルト角を駆動手段にフィードバックすることにより、駆動手段が所望のチルト角を得ることができるようにマイクロミラーを駆動する。以下に、上記駆動手段および上記検出手段がそれぞれ設けられた種々の光学装置の例を挙げて説明する。

例えば、特許文献１に記載の光学装置では、ミラーとなる可動片の端面に可動電極を設け、この可動片の端面に対向する固定プレートの端面に固定電極を設けている。可動電極と固定電極との間に生じる静電容量を検出することにより、可動片の可動状態を検出している。

また、特許文献２に記載の光スキャナでは、一面に反射鏡が形成された可動板に駆動コイルを設け、この駆動コイルに流れる電流と、可動板の付近に設けられた永久磁石が発生する磁界とのローレンツ力により可動板が偏向運動を行う。駆動コイルの両端における誘導起電力に基づいて可動板の偏向角が検出される。

また、特許文献３に記載の光偏向器では、上記特許文献２と同様に、一面に反射鏡が形成された可動板に駆動コイルを設け、この駆動コイルに流れる電流と、可動板の付近に設けられた永久磁石が発生させる磁界とのローレンツ力により可動板が偏向運動を行う。可動板に設けられたホール素子の電圧に基づいて可動板の偏向角が検出される。

さらに、特許文献４に記載の光学機器では、反射面を有する可動板の貫通部分に光を入射し、その貫通部分を透過した透過光の光量に基づいて可動板の偏向角が検出されている。
特開平６−１２３８４５号公報 特開平１１−３０５１６２号公報 特開２０００−８１５８９号公報 特開２００３−５１２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の光学装置においては、可動電極と固定電極との対向面積に基づいて静電容量が検出されることにより、可動片が大きく傾斜した場合には、上記対向面積が小さくなるので、静電容量に基づく可動片のチルト角を検出することが困難となる。そのため、可動片を大きく傾斜させることはできない。

また、上記特許文献２および３にそれぞれ記載の光スキャナおよび光偏向器においては、可動板に駆動コイルまたはホール素子を設けているので、可動板が重くなり、可動板を高速に駆動することが困難となるとともに、製造が難しくなる。

さらに、上記特許文献４に記載の光学機器においては、光源からの入射光の大部分は、可動板の反射面により偏向されるが、入射光の一部は、貫通部分を介して可動板の裏面へ透過する。その結果、入射光の利用率の低下が著しい。

本発明の目的は、反射面を有する可動板の傾斜角を高精度に制御可能でかつ傾斜角を大きくすることが可能であり、製造が容易で軽量化および入射光の利用率の向上が可能な反射装置を提供することである。

第１の発明に係る反射装置は、光を反射する反射面を有する可動板と、可動板を傾斜可能に支持する固定部と、可動板の端面に対向するように配置された少なくとも一つの駆動部と、駆動部を制御する制御回路とを備え、駆動部は、積層された複数の電極を含み、複数の電極間には絶縁層がそれぞれ介挿され、制御回路は、駆動部の複数の電極のうち少なくとも一つの電極に選択的に電圧を印加することにより、電圧が印加された電極と可動板の端面との間に静電力を発生させるものである。

本発明に係る反射装置においては、固定部により可動板が傾斜可能に支持されている。また、少なくとも一つの駆動部が可動板の端面に対向するように配置されている。

制御回路により駆動部の複数の電極のうち少なくとも一つの電極に選択的に電圧が印加されることによって、電圧が印加された電極と可動板の端面との間に静電力が発生し可動板が上記電極に引き付けられる。それにより、可動板を所望の傾斜角に傾斜させることができる。

このように、駆動部の複数の電極の少なくとも一つの電極に制御回路により電圧を印加することによって、可動板の傾斜角を高精度に制御可能でかつ傾斜角を大きくまたは小さくすることができる。

また、可動板を傾斜させる駆動部が可動板上に存在しないので、製造の容易化および可動板の軽量化を図ることができる。さらに、可動板の全体を反射面として用いて光を反射および走査させることができる。それにより、光の利用率の向上を図ることができる。

第２の発明に係る反射装置は、光を反射する反射面を有する可動板と、可動板を傾斜可能に支持する固定部と、可動板の端面に対向するように配置された第１および第２の駆動部と、駆動部を制御する制御回路とを備え、第１の駆動部は、積層された複数の第１の電極をそれぞれ含み、第２の駆動部は、積層された複数の第２の電極をそれぞれ含み、複数の第１および第２の電極間には絶縁層がそれぞれ介挿され、制御回路は、第１の駆動部の複数の第１の電極のうち少なくとも一つの電極に選択的に電圧を印加するとともに、第２の駆動部の複数の第２の電極のうち、少なくとも一つの電極に選択的に電圧を印加することにより、電圧が印加された第１および第２の電極と、可動板の端面との間に静電力を発生させるものである。

本発明に係る反射装置においては、固定部により可動板が傾斜可能に支持されている。また、第１および第２の駆動部が可動板の端面に対向するように配置されている。

制御回路により第１の駆動部の複数の第１の電極のうち少なくとも一つの電極に選択的に電圧が印加されるとともに、第２の駆動部の複数の第２の電極のうち少なくとも一つの電極に選択的に電圧が印加されることによって、電圧が印加された第１および第２の電極と可動板の端面との間に静電力が発生し可動板が上記電極に引き付けられる。それにより、可動板を所望の傾斜角に傾斜させることができる。

この場合、制御回路により第１の駆動部および第２の駆動部の異なる高さの電極に電圧が印加された場合には、可動板を２次元的に傾斜させることができ、制御回路により第１の駆動部および第２の駆動部の同じ高さの電極に電圧が印加された場合には、可動板を１次元的に傾斜させることができる。

このように、第１および第２の駆動部の複数の電極の少なくとも一つの電極に制御回路により電圧を印加することによって、可動板の傾斜角を高精度に制御可能でかつ傾斜角を大きくまたは小さくすることができる。

また、可動板を傾斜させる第１および第２の駆動部が可動板上に存在しないので、製造の容易化および可動板の軽量化を図ることができる。さらに、可動板の全体を反射面として用いて光を反射および走査させることができる。それにより、光の利用率の向上を図ることができる。

制御回路は、駆動部の複数の電極のうち２つの電極に電圧を印加してもよい。この場合、可動板の端面を２つの電極間の位置に引き付けることができるので、２つの電極にそれぞれ単独に電圧を印加した場合に設定される傾斜角のおおよそ中間の傾斜角を設定することができる。それにより、電圧が印加される電極が１つである場合と組み合わせることにより、可動板の傾斜角の分解能を２倍にすることができる。

制御回路は、初期状態で駆動部の複数の電極のうち少なくとも２つの電極に電圧を印加してもよい。この場合、制御回路による非駆動時において可動板がフリー状態となっている場合および異常時に可動板が所望の位置から外れた場合に、可動板の位置を予め設定された初期位置に戻すことができる。それにより、可動板の位置を特定することが可能となる。

制御回路は、第１の駆動部の複数の第１の電極のうち２つの電極および第２の駆動部の複数の第２の電極のうち少なくとも１つの電極に電圧を印加してもよい。この場合、可動板の端面を第１の駆動部の２つの電極間の位置に引き付けることができるので、２つの電極にそれぞれ単独に電圧を印加した場合に設定される傾斜角のおおよそ中間の傾斜角を設定することができる。それにより、第１の駆動部において電圧が印加される電極が１つである場合と組み合わせることにより、可動板の傾斜角の分解能を２倍にすることができる。

制御回路は、第２の駆動部の複数の第２の電極のうち２つの電極および第１の駆動部の複数の第１の電極のうち少なくとも１つの電極に電圧を印加してもよい。この場合、可動板の端面を第２の駆動部の２つの電極間の位置に引き付けることができるので、２つの電極にそれぞれ単独に電圧を印加した場合に設定される傾斜角のおおよそ中間の傾斜角を設定することができる。それにより、第２の駆動部において電圧が印加される電極が１つである場合と組み合わせることにより、可動板の傾斜角の分解能を２倍にすることができる。

制御回路は、初期状態で第１の駆動部の複数の第１の電極のうち少なくとも２つの電極に電圧を印加し、第２の駆動部の複数の第２の電極のうち少なくとも２つの電極に電圧を印加してもよい。この場合、制御回路による非駆動時において可動板がフリー状態となっている場合および異常時に可動板が所望の位置から外れた場合に、可動板の位置を予め設定された初期位置に戻すことができる。それにより、可動板の位置を特定することが可能となる。

可動板は、一または複数の連結部により固定部に連結されてもよい。それにより、可動板が容易かつ円滑に傾斜される。

可動板は、中空構造を有する直方体からなり、直方体は、駆動部の側面に対向する端面を有し、直方体の傾斜に伴って端面が駆動部の側面に平行な状態を維持するように直方体が変形可能に形成されてもよい。

このように、可動板が中空構造の直方体により形成され、静電力により可動板が傾斜した場合に、可動板の端面が駆動部の側面と平行となることにより、可動板の端面において静電力を受ける面積が大きくなる。それにより、静電力の利用効率が向上される。それにより、反射装置の省電力化を実現することができる。

固定部は、可動板を回動可能に支持する回動軸と、回動軸を回動可能に支持する固定支柱とを含んでもよい。

この場合、可動板が回動軸により回動可能に支持され、回動軸が固定支柱により回動可能に支持されていることにより、可動板を容易かつ円滑に傾斜させることができる。

本発明によれば、駆動部の複数の電極の少なくとも一つの電極に制御回路により電圧を印加することによって、可動板の傾斜角を高精度に制御可能でかつ傾斜角を大きくまたは小さくすることができる。また、可動板を傾斜させる駆動部が可動板上に存在しないので、製造の容易化および可動板の軽量化を図ることができる。さらに、可動板の全体を反射面として用いて光を反射および走査させることができることにより、光の利用率の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る反射装置について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る反射装置は、例えば２ｍｍ角のミラー部１、ミラー部１の一方の端面を固定する固定部２、ミラー部１を駆動する駆動部３、駆動部３を制御する駆動回路４およびメモリ５を備える。

ここで、固定部２により固定されているミラー部１の平面に対して垂直な軸をＸ軸とし、ミラー部１の平面内で直交する２軸をＹ軸およびＺ軸とする。

ミラー部１は、図示しない光源からの光を反射させる反射面を有する。ミラー部１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる基板上にアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）等からなる金属層を積層することにより形成される。

駆動部３は、例えば５０μｍの厚さを有する複数の電極３ａ〜３ｅの積層構造を有する。この電極間には、例えば２０μｍの厚さを有する例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）からなる絶縁層３１がそれぞれ設けられている。

ここで、駆動部３は、ミラー部１の他方の端面に対して所定の間隔（例えば、５μｍ）を空けて設けられている。本実施の形態では、ミラー部１の高さが、駆動部３の電極３ｃの高さとほぼ同じになるように設定している。このミラー部１の位置を初期位置とする。

駆動回路４は、ミラー部１がＹＺ平面に対して所望のチルト角（傾斜角）傾斜するように駆動部３の複数の電極３ａ〜３ｅのうちいずれか１層または２層以上の電極に電圧を印加する。

駆動回路４により駆動部３の所定の電極に電圧が印加されると、印加された電極とミラー部１との間に静電力が発生する。それにより、ミラー部１は、駆動部３の電圧が印加された電極の方向に向かってＺ軸の周りに傾斜する。このときのミラー部１のチルト角をθｚとする。ミラー部１が傾斜することにより、図示しない光源からの光を１次元的に反射および走査することが可能となる。

このように、ミラー部１が一軸の周り（本例ではＺ軸の周り）に傾斜する反射装置を１次元ミラーという。

メモリ５は、ミラー部１の複数のチルト角と、電圧を印加する駆動部３の１または複数の電極（以下、印加電極と略記する）との関係を記憶する。すなわち、メモリ５の上記関係から、駆動回路４は、所望のチルト角を得るために電圧を印加すべき電極を認識することが可能となる。

本実施の形態では、駆動回路４は、メモリ５が有する上記関係に基づいて駆動部３の電極に電圧を印加する。

図２は、図１の駆動回路４の構成を示す模式図である。

図２に示すように、駆動回路４は、直流電源４１およびスイッチング素子４ａ〜４ｅを備える。

スイッチング素子４ａ〜４ｅは、直流電源４１と駆動部３の電極３ａ〜３ｅとの間にそれぞれ接続されている。このような構成により、例えばスイッチング素子４ｅを介して駆動部３の電極３ｅに電圧を印加すると、ミラー部１は、電極３ｅの方向に向かって傾斜する。この場合において、初期位置を基準としたミラー部１のＺ軸周りのチルト角をθｚ５とする。なお、初期状態では、スイッチング素子４ａ〜４ｅはオフとなっている。

なお、後の図３において詳述するが、電極３ａに電圧を印加した場合のミラー部１のチルト角をθｚ１とし、電極３ｂに電圧を印加した場合のミラー部１のチルト角をθｚ２とし、電極３ｃに電圧を印加した場合のミラー部１のチルト角をθｚ３とし、電極３ｄに電圧を印加した場合のミラー部１のチルト角をθｚ４とする。この場合、ミラー部１のチルト角θｚ３を０°とし、チルト角θｚ１，θｚ２を正の角度とし、チルト角θｚ４，θｚ５を負の角度とする。

図２の固定部２と駆動部３との距離Ｌ１は、例えば２．００５ｍｍである。また、図２の駆動部３の長さＤは例えば０．５ｍｍ、幅は２ｍｍである。

ここで、ミラー部１のチルト角θｚは、下記式（１）に示すように、三角関数により算出することができる。

θｚ＝ｔaｎ^-1 （ｎｔ／Ｌ１） ・・・（１）
上式（１）において、ｔは、駆動部３の１つの電極の厚さ５０μｍと１つの絶縁層３１の厚さ２０μｍとを足し合わせた長さであり、ｎは、ミラー部１の初期位置に相当する電極３ｃから印加電極までの電極の個数（電極３ｃを含まない）を示す。例えば、電極３ｅに電圧が印加される場合、ｎは２に相当する。

図３は、図１のメモリ５に記憶されているチルト角θｚの具体例と駆動部３の印加電極との関係の一例を示す説明図である。

最初に、印加電極が１層の場合について説明する。図３に示すように、印加電極が電極３ａである場合、ミラー部１のチルト角θｚ１は例えば４°となる。印加電極が電極３ｂである場合、ミラー部１のチルト角θｚ２は例えば２°となる。

また、印加電極が電極３ｃである場合、ミラー部１のチルト角θｚ３は例えば０°となる。印加電極が電極３ｄである場合、ミラー部１のチルト角θｚ４は例えば−２°となる。印加電極が電極３ｅである場合、ミラー部１のチルト角θｚ５は例えば−４°となる。

次に、印加電極が２層の場合について説明する。図３に示すように、印加電極が電極３ａ，３ｂである場合、ミラー部１のチルト角θｚは、上記チルト角θｚ１とチルト角θｚ２との中間値である３°となる。印加電極が電極３ｂ，３ｃである場合、ミラー部１のチルト角θｚは、上記チルト角θｚ２とチルト角θｚ３との中間値である１°となる。

また、印加電極が電極３ｃ，３ｄである場合、ミラー部１のチルト角θｚは、上記チルト角θｚ３とチルト角θｚ４との中間値である−１°となる。印加電極が電極３ｄ，３ｅである場合、ミラー部１のチルト角θｚは、上記チルト角θｚ４とチルト角θｚ５との中間値である−３°となる。

このように、印加電極が２層であることにより、印加電極が１層である場合に比べ、チルト角の分解能を２倍にすることができる。

図４は、ミラー部１と固定部２との連結方法の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、ミラー部１および固定部２の上面図であり、図４（ｂ）は、ミラー部１および固定部２の側面図である。

図４（ａ）に示すように、ミラー部１は、例えばポリシリコン薄膜からなる柔軟な連結部材としてのヒンジ１１により固定部２に連結される。それにより、図４（ｂ）に示すように、ミラー部１は、容易に傾斜される。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図５に示すように、本実施の形態に係る反射装置が上記第１の実施の形態に係る反射装置と異なる点は、ミラー部１の連結方法である。以下、詳細に説明する。

本実施の形態においては、Ｚ軸に沿って２本の回動軸６ａが、ミラー部１の両側の端面にそれぞれ回動可能に接続されている。２本の回動軸６ａは、２つの固定支柱６にそれぞれ回動可能に設けられている。このような構成により、駆動回路４により駆動部３の所定の電極に電圧が印加された際に、ミラー部１を傾斜させることができる。

（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図６に示すように、本実施の形態に係る反射装置が上記第１の実施の形態に係る反射装置と異なる点は、ミラー部１の形状が異なる点、ならびに駆動部３と同様の構成を有する駆動部７、および駆動回路４と同様の動作を行い、駆動部７の各電極に電圧を印加する駆動回路８が設けられている点である。以下、詳細に説明する。

本実施の形態においては、ミラー部１は、短片１ａを有する。この短片１ａは、ミラー部１と一体的に形成されている。なお、短片１ａのＺ軸方向の幅は、ミラー部１のＺ軸方向の幅よりも小さい。

短片１ａは、ミラー部１の中央部に設けられており、ミラー部１は、短片１ａを介して固定部２に連結される。

また、駆動部３および駆動部７は、ミラー部１の端面に対して所定間隔を空けてかつＺ軸方向に並ぶように配置される。

駆動部７は、電極７ａ〜７ｅおよび複数の絶縁層７１を備え、その構造は駆動部３と同様である。また、駆動回路８は、駆動部７の電極７ａ〜７ｅにそれぞれ電圧を印加する。なお、駆動回路８の構成については後述する。

本実施の形態においては、駆動回路４および駆動回路８は、駆動部３および駆動部７の所定の電極にそれぞれ電圧を印加する。

駆動回路４および駆動回路８が駆動部３および駆動部７の異なる高さの電極に電圧を印加した場合、駆動部３および駆動部７の異なる高さの電極とミラー部１との間で静電力がそれぞれ発生する。それにより、ミラー部１は、Ｚ軸の周りおよびＹ軸の周りに２次元的に傾斜する。したがって、本実施の形態に係る反射装置は、図示しない光源からの光を２次元的に反射および走査することが可能となる。

このように、ミラー部１が二軸の周り（本例ではＺ軸およびＹ軸の周り）に傾斜される反射装置を２次元ミラーという。

なお、駆動部３および駆動部７の同じ高さの電極に電圧を印加することにより、本実施の形態の反射装置を１次元ミラーとして使用してもよい。

図７は、図６の駆動回路４および駆動回路８の構成を示す模式図である。

駆動回路４の構成は、上記第１の実施の形態の図２における駆動回路４の構成と同様であるので説明は省略する。

駆動回路８は、直流電源８１およびスイッチング素子８ａ〜８ｅを備える。スイッチング素子８ａ〜８ｅは、直流電源８１と駆動部７の電極７ａ〜７ｅとの間にそれぞれ接続されている。なお、初期状態においては、スイッチング素子８ａ〜８ｅはオフとなっている。

ここで、本実施の形態の反射装置におけるミラー部１の設定されたチルト角について説明する。

図８は、２次元ミラーにおけるチルト角と、駆動部３および駆動部７の印加電極との関係の一例を示す説明図である。

ミラー部１のＹ軸周りのチルト角をθｙとし、Ｚ軸周りのチルト角をθｚとする。図８のチルト角θｙ１，θｙ３，θｙ５およびθｚ１〜θｚ５は、予め設定された角度値を有する。

図８に示すように、例えばＹ軸周りのチルト角がθｙ５でかつＺ軸周りのチルト角がθｚ４となるように、ミラー部１を傾斜させる場合には、駆動部３の電極３ｅおよび駆動部７の電極７ｃに電圧を印加する。この場合、図７において、駆動回路４のスイッチング素子４ｅおよび駆動回路８のスイッチング素子８ｃがオンにされる。それにより、ミラー部１は、Ｙ軸周りのチルト角がθｙ５でかつＺ軸周りのチルト角がθｚ４となるように傾斜する。なお、図７においては、図面を容易化するため、ミラー部１のＺ軸周りのチルト角θｚ４は図示していない。

ここで、ミラー部１のチルト角θｙは、下記式（２）に示すように、三角関数により算出することができる。

θｙ＝ｔaｎ^-1 （ｎｔ／Ｌ２） ・・・（２）
上式（２）において、ｔは、駆動部３の１つの電極の厚さ５０μｍと１つの絶縁層３１の厚さ２０μｍとを足し合わせた長さであり、ｎは、ミラー部１の初期位置に相当する電極３ｃから駆動部３の印加電極までの電極の個数（電極３ｃを含まない）を示す。例えば、電極３ｅに電圧が印加される場合、ｎは２に相当する。また、Ｌ２は、図７の駆動部３の中心と駆動部７の中心との距離である。

（第４の実施の形態）
図９は、第４の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図９に示すように、本実施の形態に係る反射装置が上記第１の実施の形態に係る反射装置と異なる点は、ミラー部１の代わりにミラー部１ｂが設けられている点である。

本実施の形態においては、ミラー部１ｂは、中空の箱型筒状構造を有しており、ミラー部１ｂの光の反射面および駆動部３に対向する側の側面のそれぞれに直交する側の両側面は開口されている。ミラー部１ｂの光の反射面は、例えばアルミニウムまたは金等の金属からなる。中空の箱型筒状構造のミラー部１ｂは、半導体製造技術の応用で一般的に知られているＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を用いて製造される。

ミラー部１ｂを中空の箱型筒状構造とする利点について次図を参照しながら説明する。

図１０は、図９のミラー部１ｂを傾斜させた状態を示す模式図である。なお、図１０においては、参考のために上記第１の実施の形態におけるミラー部１の端面の面積がミラー部１ｂの端面の面積に等しい場合を想定したミラー部１を傾斜させた状態についても点線で図示している。

ここで、ミラー部１ｂを傾斜させる駆動力すなわち静電力の利用効率を向上するには、ミラー部１ｂの駆動部３に対向する側の端面（以下、対向端面と呼ぶ）１ｃが駆動部３の端面と平行となることが好ましい。以下、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１０に示すように、ミラー部１ｂおよびミラー部１が初期位置にある場合、すなわちチルト角が０°の場合には、ミラー部１ｂの対向端面１ｃおよびミラー部１の駆動部３に対向する側の端面（以下、対向端面と呼ぶ）１ｄは、駆動部３の端面に対して平行となる。

一方、ミラー部１ｂおよびミラー部１が静電力によりＺ軸の周りに傾斜した場合には、中空構造を有するミラー部１ｂの対向端面１ｃは、駆動部３の端面に対して平行となるが、中空構造を有しないミラー部１の対向端面１ｄは、駆動部３の端面に対して平行とならない。

このように、ミラー部１ｂが中空の箱型筒状構造を有することにより、静電力によりミラー部１ｂが傾斜した場合に、ミラー部１ｂの対向端面１ｃが駆動部３の端面と平行となる。

それにより、ミラー部１ｂの対向端面１ｃにおいて駆動部３による静電力を受ける面積が大きくなり、静電力の利用効率が向上される。これにより、反射装置の省電力化を実現することができる。

ここで、図９に示すミラー部１ｂは中空構造を有するので、図１のミラー部１の厚さよりもミラー部１ｂの厚さは大きい。そのため、ミラー部１ｂの傾斜動作が円滑に行われにくい場合がある。

本実施の形態においては、ミラー部１ｂの傾斜動作が容易となるように対向端面１ｃの形状を以下のように形成する。

図１１は、図９のミラー部１ｂの対向端面１ｃの形状を示す拡大図である。

図１１（ａ）に示すように、ミラー部１ｂの対向端面１ｃの角度に沿ったミラー部１ｂの領域の厚さを薄くする。

また、図１１（ｂ）に示すように、ミラー部１ｂの対向端面１ｃの連結部に１または複数の切り欠き１ｅを設ける。

さらに、図１１（ｃ）に示すように、対向端面１ｃを有する対向片１ｆには、孔部１ｇが設けられている。ミラー部１ｂの平面上にコの字形状のヒンジ１ｈが設けられている。この場合、ヒンジ１ｈが対向片１ｆの孔部１ｇに係合することにより、対向片１ｆは、ミラー部１ｂに自由度を持ちながら拘束されている。

以上の図１１（ａ）〜（ｃ）に示す構成により、ミラー部１ｂの傾斜動作が円滑となり、対向端面１ｃが駆動部３の端面に対して確実に平行となる。それにより、ミラー部１ｂの対向端面１ｃにおいて駆動部３による静電力を受ける面積が大きくなり、静電力の利用効率がより向上される。

図１２は、ミラー部１ｂの初期化処理を行う駆動回路４の構成を示す模式図である。

ミラー部１ｂの初期化処理とは、以下の処理のことである。すなわち、上記のように、ミラー部１ｂを中空構造とした場合、駆動回路４による非駆動時および異常時では、ミラー部１ｂがフリー状態となる場合があり、ミラー部１ｂの位置を特定することが困難な場合がある。ミラー部１ｂを初期位置に戻すための処理を初期化処理という。

図１２に示すように、駆動回路４は、５つの直流電源４１ａ〜４１ｅを備える。この５つの直流電源４１ａ〜４１ｅは、駆動部３の電極３ａ〜３ｅにそれぞれ電圧を印加する。それにより、駆動部３の全ての電極３ａ〜３ｅに同時に異なる電圧を印加することができる。

本実施の形態では、ミラー部１ｂの初期位置に対応する電極３ｃに最も高い電圧Ｖ３を印加する。この場合、電極３ａに印加する電圧をＶ１とし、電極３ｂに印加する電圧をＶ２とし、電極３ｃに印加する電圧をＶ３とし、電極３ｄに印加する電圧をＶ４とし、電極３ｅに印加する電圧をＶ５とすると、下記式（３）および下記式（４）の関係を満たす電圧が各電極に印加される。

Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３ ・・・（３）
Ｖ５＜Ｖ４＜Ｖ３ ・・・（４）
このような構成により、駆動部３の電極３ｃにおける静電力が最も強くなる。それにより、ミラー部１ｂは電極３ｃに引き付けられ初期位置に戻される。

（第５の実施の形態）
図１３は、第５の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図１３に示すように、本実施の形態に係る反射装置が第４の実施の形態に係る反射装置と異なる点は、ミラー部１ｂの連結方法である。以下、詳細に説明する。

本実施の形態においては、Ｚ軸に沿った２本の回動軸６ａ，６ｂが、中空構造を有するミラー部１ｂの両側の端面にそれぞれ回動可能に接続されている。２本の回動軸６ａ，６ｂは、２つの固定支柱６にそれぞれ回動可能に設けられている。

このような構成により、駆動回路４により駆動部３の所定の電極に電圧が印加された際に、ミラー部１ｂをＺ軸周りで傾斜させることができる。

（上記各実施の形態に係る反射装置の効果）
上記各実施の形態においては、駆動部３の電極３ａ〜３ｅの少なくとも一つの電極に駆動回路４により電圧を印加することにより、ミラー部１，１ｂのチルト角を高精度に制御可能でかつチルト角を大きくまたは小さくすることができる。

また、ミラー部１，１ｂを傾斜させる駆動部３，７がミラー部１，１ｂ上に存在しないので、製造の容易化およびミラー部１，１ｂの軽量化を図ることができる。また、ミラー部１，１ｂの全体を反射面として用いて光を反射および走査させることができる。それにより、光の利用率の向上を図ることができる。

さらに、ミラー部１，１ｂのチルト角と印加電極との関係を予め記憶したメモリ５を用いることにより、ミラー部１，１ｂのチルト角を検出する検出手段を設けることなく、駆動部３，７によりミラー部１，１ｂを傾斜させることができる。それにより、反射装置の小型化を図ることができる。

上記各実施の形態においては、ミラー部１，１ｂが可動板に相当し、駆動部３が第１の駆動部に相当し、駆動部７が第２の駆動部に相当し、電極３ａ〜３ｅが第１の電極に相当し、電極７ａ〜７ｅが第２の電極に相当し、駆動回路４，８が制御回路に相当し、ヒンジ１１が連結部に相当し、対向端面１ｃが可動板の端面に相当する。

（他の実施形態）
なお、上記各実施の形態においては、駆動部３および駆動部７は、それぞれ５つの電極３ａ〜３ｅおよび電極７ａ〜７ｅを有するが、これに限定されるものではなく、５つ未満または６つ以上の電極を有してもよい。

また、駆動時において、電極３ａ〜３ｅおよび電極７ａ〜７ｅに印加する電圧は電極ごとに異なる電圧を印加してもよい。

さらに、第２および第５の実施の形態において、駆動部は複数設けてもよい。

（参考形態に係る反射装置）
以下、参考形態に係る反射装置について図面を参照しながら説明する。

この参考形態に係る反射装置は、上記各実施の形態に係る反射装置と異なり、ミラー駆動部により静電力を発生させ、発生された静電力によりミラー部１を傾斜させる。ミラー部１のチルト角を位置センサにより検出する。位置センサにより検出された検出値を演算部が読み取り、ミラー駆動部にフィードバックすることによって、ミラー部１を所望のチルト角となるように傾斜させるものである。以下、各参考形態について詳細に説明する。

（第１の参考形態）
図１４は、第１の参考形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図１４に示すように、本参考形態に係る反射装置が上記第１の実施の形態に係る反射装置と異なる点は、電極からなるミラー駆動部１０が設けられている点、駆動回路４の代わりに演算部９が設けられている点、駆動部３の代わりに位置センサ１１が設けられている点およびメモリ５が設けられていない点である。

本参考形態においては、ミラー駆動部１０は、ミラー部１の下方に設けられている。

演算部９によりミラー駆動部１０に電圧が印加されると、ミラー駆動部１０とミラー部１との間で静電力が発生する。それにより、ミラー部１は、Ｚ軸の周りに傾斜する。ミラー部１が傾斜することにより、図示しない光源からの光を１次元的に反射および走査することが可能となる。

位置センサ１１は、例えば５０μｍの厚さを有する複数の電極１１ａ〜１１ｅの積層構造を有する。この電極間には、例えば２０μｍの厚さを有する例えば酸化シリコンからなる絶縁層１２が設けられている。

ここで、位置センサ１１は、ミラー部１の端面に対して所定の間隔（例えば、５μｍ）を空けて設けられている。本参考形態では、ミラー部１の高さが、位置センサ１１の電極１１ａの高さとほぼ同じになるように設定している。このミラー部１の位置を初期位置とする。

演算部９は、ミラー部１を傾斜させるための駆動力に至らない程度の電圧を位置センサ１１の各電極にそれぞれ同時に印加することにより、各電極とミラー部１との間の静電容量をそれぞれ検出する。

そして、演算部９は、検出した静電容量のうち、ミラー部１との間で最も大きい静電容量が発生した電極の位置と上記初期位置とに基づいてミラー部１のチルト角を算出する。

算出されたチルト角と所望のチルト角との間で誤差がある場合には、演算部９は、ミラー部１が所望のチルト角となるようにミラー駆動部１０をフィードバック制御する。

（第２の参考形態）
図１５は、第２の参考形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図１５に示すように、本参考形態に係る反射装置が上記第１の参考形態に係る反射装置と異なる点は、ミラー部１の連結方法が異なる点およびミラー駆動部１０の代わりに電極からなる２つのミラー駆動部１０ａ，１０ｂが設けられている点である。なお、ミラー駆動部１０ａ，１０ｂは、上記第１の参考形態のミラー駆動部１０と同様の動作を行う。以下、詳細に説明する。

本参考形態においては、Ｚ軸に沿った２本の回動軸６ａが、ミラー部１の両側の端面にそれぞれ回動可能に接続されている。２本の回動軸６ａは、２つの固定支柱６にそれぞれ回動可能に設けられている。

ミラー駆動部１０ａおよびミラー駆動部１０ｂは、ミラー部１の下方にＹ軸方向に並ぶように設けられている。なお、ミラー駆動部１０ａは、位置センサ１１側に設けられている。

このような構成により、演算部９によりミラー駆動部１０ａまたはミラー駆動部１０ｂに電圧が印加されることによって、ミラー部１をＺ軸の周りに傾斜させることができる。

なお、演算部９によりミラー駆動部１０ａに電圧が印加された際には、ミラー部１は、一端側がミラー駆動部１０ａに近づくように傾斜され、演算部９によりミラー駆動部１０ｂに電圧が印加された際には、ミラー部１は、他端側がミラー駆動部１０ｂに近づくように傾斜される。

演算部９は、ミラー部１を傾斜させるための駆動力に至らない程度の電圧を位置センサ１１の各電極にそれぞれ同時に印加することにより、各電極とミラー部１との間の静電容量をそれぞれ検出する。

そして、演算部９は、検出した静電容量のうち、ミラー部１との間で最も大きい静電容量が発生した電極の位置と上記初期位置とに基づいてミラー部１のチルト角を算出する。

算出されたチルト角と所望のチルト角との間で誤差がある場合には、演算部９は、ミラー部１が所望のチルト角となるようにミラー駆動部１０ａ，１０ｂをフィードバック制御する。

（第３の参考形態）
図１６は、第３の参考形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図１６に示すように、本参考形態に係る反射装置が上記第１の参考形態に係る反射装置と異なる点は、ミラー部１の形状が異なる点、位置センサ１１と同様の構成を有する位置センサ１３が設けられている点およびミラー駆動部１０の代わりにミラー駆動部１０ａ，１０ｂが設けられている点である。

ミラー部１は、上記第３の実施の形態に係る反射装置のミラー部１の形状と同じであるので説明を省略する。

位置センサ１１および位置センサ１３は、固定部２と反対側の位置にミラー部１の端面に対して所定の間隔を空けてそれぞれ配置されている。

また、ミラー駆動部１０ａおよびミラー駆動部１０ｂは、ミラー部１の下方にＺ軸方向に並ぶように設けられている。

このような構成により、演算部９によりミラー駆動部１０ａまたはミラー駆動部１０ｂに電圧が印加されることによって、ミラー部１をＹ軸の周りに傾斜させることができる。

また、演算部９によりミラー駆動部１０ａおよびミラー駆動部１０ｂにそれぞれ電圧が印加されることによって、ミラー部１をＺ軸の周りに傾斜させることができる。

演算部９は、ミラー部１を傾斜させるための駆動力に至らない程度の電圧を位置センサ１１，１３の各電極にそれぞれ同時に印加することにより、各電極とミラー部１との間の静電容量をそれぞれ検出する。

そして、演算部９は、検出した静電容量のうち、ミラー部１との間で最も大きい静電容量が発生した電極の位置と上記初期位置とに基づいてミラー部１のチルト角を算出する。

算出されたチルト角と所望のチルト角との間で誤差がある場合には、演算部９は、ミラー部１が所望のチルト角となるようにミラー駆動部１０ａ，１０ｂをフィードバック制御する。

（第４の参考形態）
図１７は、第４の参考形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

図１７に示すように、本参考形態に係る反射装置が上記第１の参考形態に係る反射装置と異なる点は、ミラー部１の代わりにミラー部１ｂが設けられている点である。

ミラー部１ｂは、上記第４の実施の形態に係る反射装置のミラー部１ｂの形状と同じであるので説明を省略する。

本参考形態においては、ミラー部１ｂが中空の箱型構造を有することにより、静電力によりミラー部１ｂが傾斜した場合に、ミラー部１ｂの対向端面１ｃが位置センサ１１の端面と平行となる。それにより、位置センサ１１による静電容量の検出がより正確に行われる。

演算部９は、ミラー部１ｂを傾斜させるための駆動力に至らない程度の電圧を位置センサ１１の各電極にそれぞれ同時に印加することにより、各電極とミラー部１ｂとの間の静電容量をそれぞれ検出する。

そして、演算部９は、検出した静電容量のうち、ミラー部１ｂとの間で最も大きい静電容量が発生した電極の位置と上記初期位置とに基づいてミラー部１ｂのチルト角を算出する。

算出されたチルト角と所望のチルト角との間で誤差がある場合には、演算部９は、ミラー部１ｂが所望のチルト角となるようにミラー駆動部１０をフィードバック制御する。

（上記各参考形態に係る反射装置の効果）
上記各参考形態においては、ミラー部１，１ｂを傾斜させる駆動部１０，１０ａ，１０ｂおよびミラー部１，１ｂの傾斜角度を検出する位置センサ１１，１３がミラー部１，１ｂ上に存在しないので、製造の容易化およびミラー部１，１ｂの軽量化を図ることができる。また、ミラー部１，１ｂの全体を反射面として用いて光を反射および走査させることができる。それにより、光の利用率の向上を図ることができるとともに、上記フィードバック制御によりチルト角を高精度に設定することが可能となる。

（他の参考形態）
なお、上記第１、第２および第４の参考形態においては、一つの位置センサが設けられているが、これに限定されるものではなく、より正確な静電容量を検出するために２つ以上の位置センサを設けてもよい。

本発明は、光の反射および非反射を行うためのプロジェクタとして、ならびに光の走査を行うための光走査装置として利用することができる。

第１の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。 図１の駆動回路の構成を示す模式図である。 図１のメモリに記憶されているチルト角の具体例と駆動部の印加電極との関係の一例を示す説明図である。 ミラー部と固定部との固定方法の一例を示す模式図である。 第２の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。 第３の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。 図６の駆動回路および駆動回路の構成を示す模式図である。 ２次元ミラーにおけるチルト角と、駆動部および駆動部の印加電極との関係の一例を示す説明図である。 第４の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。 図９のミラー部を傾斜させた状態を示す模式図である。 図９のミラー部の対向端面の形状を示す拡大図である。 ミラー部の初期化処理を行う駆動回路の構成を示す模式図である。 第５の実施の形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。 第１の参考形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。 第２の参考形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。 第３の参考形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。 第４の参考形態に係る反射装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１，１ｂ ミラー部
１ａ 短片
１ｃ，１ｄ 対向端面
１ｅ 切り欠き
１ｆ 対向片
１ｇ 孔部
１ｈ，１１ ヒンジ
２ 固定部
３，７ 駆動部
３ａ〜３ｅ，７ａ〜７ｅ 電極
４，８ 駆動回路
４ａ〜４ｅ，８ａ〜８ｅ スイッチング素子
５ メモリ
６ 固定支柱
６ａ，６ｂ 回動軸
９ 演算部
１０，１０ａ，１０ｂ ミラー駆動部
１１，１３ 位置センサ
１１ａ〜１１ｅ，１３ａ〜１３ｅ 電極
１２，１４ 絶縁層
３１，７１ 絶縁層
４１，４１ａ〜４１ｅ，８１ 直流電源

Claims (10)

1. 光を反射する反射面を有する可動板と、
   前記可動板を傾斜可能に支持する固定部と、
   前記可動板の端面に対向するように配置された少なくとも一つの駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御回路とを備え、
   前記駆動部は、積層された複数の電極を含み、
   前記複数の電極間には絶縁層がそれぞれ介挿され、
   前記制御回路は、前記駆動部の前記複数の電極のうち少なくとも一つの電極に選択的に電圧を印加することにより、電圧が印加された前記電極と前記可動板の前記端面との間に静電力を発生させることを特徴とする反射装置。
2. 光を反射する反射面を有する可動板と、
   前記可動板を傾斜可能に支持する固定部と、
   前記可動板の端面に対向するように配置された第１および第２の駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御回路とを備え、
   前記第１の駆動部は、積層された複数の第１の電極をそれぞれ含み、
   前記第２の駆動部は、積層された複数の第２の電極をそれぞれ含み、
   前記複数の第１および第２の電極間には絶縁層がそれぞれ介挿され、
   前記制御回路は、前記第１の駆動部の前記複数の第１の電極のうち少なくとも一つの電極に選択的に電圧を印加するとともに、前記第２の駆動部の前記複数の第２の電極のうち、少なくとも一つの電極に選択的に電圧を印加することにより、電圧が印加された前記第１および第２の電極と、前記可動板の前記端面との間に静電力を発生させることを特徴とする反射装置。
3. 前記制御回路は、前記駆動部の複数の電極のうち２つの電極に電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の反射装置。
4. 前記制御回路は、初期状態で前記駆動部の複数の電極のうち少なくとも２つの電極に電圧を印加することを特徴とする請求項１または３記載の反射装置。
5. 前記制御回路は、前記第１の駆動部の複数の第１の電極のうち２つの電極および前記第２の駆動部の複数の第２の電極のうち少なくとも１つの電極に電圧を印加することを特徴とする請求項２記載の反射装置。
6. 前記制御回路は、前記第２の駆動部の複数の第２の電極のうち２つの電極および前記第１の駆動部の複数の第１の電極のうち少なくとも１つの電極に電圧を印加することを特徴とする請求項２記載の反射装置。
7. 前記制御回路は、初期状態で前記第１の駆動部の複数の第１の電極のうち少なくとも２つの電極に電圧を印加し、前記第２の駆動部の複数の第２の電極のうち少なくとも２つの電極に電圧を印加することを特徴とする請求項２、５または６記載の反射装置。
8. 前記可動板は、一または複数の連結部により前記固定部に連結されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の反射装置。
9. 前記可動板は、中空構造を有する直方体からなり、
   前記直方体は、前記駆動部の側面に対向する端面を有し、
   前記直方体の傾斜に伴って前記端面が前記駆動部の前記側面に平行な状態を維持するように前記直方体が変形可能に形成されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の反射装置。
10. 前記固定部は、前記可動板を回動可能に支持する回動軸と、前記回動軸を回動可能に支持する固定支柱とを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の反射装置。

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